شارح الدرس: حفظ العناصر | نجوى شارح الدرس: حفظ العناصر | نجوى

شارح الدرس: حفظ العناصر الكيمياء

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نَصِف حفظ العناصر أثناء التفاعُلات الكيميائية

يتكوَّن كل شيء من مواد كيميائية. وهناك الملايين من المواد الكيميائية المعروفة، وجميعها يتكوَّن من ترتيبات مختلفة من العناصر. والعنصر مجموعة من الذرات تحتوي على عدد معيَّن ومتطابق من البروتونات في نواها.

تعريف: العنصر

العنصر مادة تتكوَّن من نوع واحد من الذرات، ولا يمكن أن تنقسم إلى أي شيء أبسط منها من خلال تفاعل كيميائي.

يوجد 118 عنصرًا معروفًا منظَّمًا في الجدول الدوري للعناصر.

يوجد بعض العناصر في الطبيعة مثل النحاس (Cu) والأكسجين (O2) والذهب (Au)، وتم تخليق عناصر أخرى مثل الأمريسيوم (Am) من قِبل العلماء. لكل عنصر مجموعة مميَّزة من الخواص. على سبيل المثال، النحاس فلز ليِّن له لون برتقالي مُحمَر، وموصِّل جيد للكهرباء. والأكسجين النقي في درجة حرارة الغرفة يكون غازًا عديم اللون والرائحة والمذاق.

وعلى الرغم من أن العناصر يمكن أن توجد في صورتها النقية، فإن أغلب المواد الكيميائية عبارة عن مزيج من ذرات عناصر مختلفة. وهذا النوع من المواد يُسمَّى مركبًا.

تعريف: المركب

المركب هو أيُّ مادة مكوَّنة من ذرات عنصرين مختلفين أو أكثر متحدة كيميائيًّا.

يمكن استخدام صيغة كيميائية لتمثيل مركب ما. وتتضمَّن الصيغة رمزًا لكل عنصر، وقد تشمل قيمًا سفلية تُشير إلى عدد ذرات كل عنصر المطلوبة لتكوين وحدة واحدة من المركب. على سبيل المثال، ملح الطعام مركب يتكوَّن من عنصرَي الصوديوم (Na) والكلور (Cl). والصيغة الكيميائية لملح الطعام NaCl.

تعريف: الصيغة الكيميائية

الصيغة الكيميائية تعبير عن الرموز الكيميائية والقيم العددية السفلية التي تمثِّل تركيب وحدة واحدة من المركب.

يمكن تحويل العناصر والمركبات إلى مركبات جديدة خلال التفاعل الكيميائي.

تعريف: التفاعل الكيميائي

التفاعل الكيميائي عملية تتغيَّر فيها مادة أو أكثر إلى مادة جديدة أو أكثر.

وسيكون للمواد الجديدة المتكوِّنة في التفاعل تركيبٌ مختلفٌ وخواص مختلفة عن المواد الأصلية. على سبيل المثال، الحديد (Fe) فلز ذو لون رمادي فضي ينجذب إلى المغناطيس. عندما يتفاعل الحديد (Fe) مع الأكسجين (O2) والماء (HO2)، يتكوَّن الصدأ (FeOHO232). والصدأ مسحوق ذو لون برتقالي بُني لا ينجذب إلى المغناطيس.

خلال التفاعل الكيميائي، لا بد أن تُحفَظ ذرات العناصر. وهذا يعني أنه لا يمكن أن يظهر أي عنصر أو يختفي خلال التفاعل الكيميائي. وكل ما يحدث هو أن الذرات تتحد معًا بترتيب مختلف.

تعريف: حفظ العناصر

لا يمكن أن تُنشأ ذرات العناصر أو تُدمَّر خلال التفاعل الكيميائي.

على سبيل المثال، يمكن أن يتفاعل الهيدروجين (H2) مع الأكسجين (O2) لإنتاج الماء (HO2): 2H()+O()2HO()222ggg

يمكننا أن نلاحظ في التفاعل السابق أن ذرات عنصرَي الهيدروجين والأكسجين موجودة في كلٍّ من المواد الابتدائية للتفاعل ونواتجه.

مثال ١: تحديد أفضل عبارة تَصِف حفظ العناصر

أيُّ العبارات الآتية تَصِف حفظ العناصر خلال حدوث تفاعل كيميائي؟

  1. يمكن أن تظهر العناصر، ولكن لا تختفي خلال التفاعل الكيميائي.
  2. لا يمكن ظهور أو اختفاء أيِّ عنصر خلال التفاعل الكيميائي.
  3. يمكن أن تظهر العناصر أو تختفي خلال التفاعل الكيميائي.
  4. يمكن أن تختفي العناصر، لكن لا تظهر خلال التفاعل الكيميائي.

الحل

خلال التفاعل الكيميائي، يجب حفظ ذرات جميع العناصر. وهذا يعني أن أي عناصر تكون ضمن المواد الابتدائية للتفاعل لا بد أن تكون موجودة ضمن نواتج التفاعل. ويمكن أن يُعاد اتحاد ذرات العناصر، لكن لا يمكن أن يظهر أي عنصر أو يختفي خلال التفاعل الكيميائي. إذن الإجابة الصحيحة هي الخيار (ب).

مثال ٢: تحديد معادلة التفاعل التي لا ينطبق عليها مفهوم حفظ العناصر

أيُّ التفاعلات الكيميائية الآتية لا ينطبق عليه مفهوم حفظ العناصر؟

  1.  Mg+CuSOMgSO+Cu44
  2.  CaO+COCaCO23
  3.  ZnCOZnO+CO32
  4.  FeCl+ZnFeCl+Cu22
  5.  NH+HClNHCl34

الحل

خلال التفاعل الكيميائي، يجب حفظ ذرات جميع العناصر. وهذا يعني أن أي عناصر تكون ضمن المواد الابتدائية للتفاعل لا بد أن تكون ضمن نواتج التفاعل. ويمكن أن يُعاد اتحاد ذرات العناصر، لكن لا يمكن أن يظهر أي عنصر أو يختفي خلال التفاعل الكيميائي.

بالنظر إلى الخيار (أ)، نجد أن عناصر المغنيسيوم (Mg) والنحاس (Cu) والكبريت (S) والأكسجين (O) تظهر على جانبَي سهم التفاعل؛ ومن ثَمَّ، ينطبق مفهوم حفظ العناصر على هذا التفاعل. وبالنظر إلى الخيار (ب)، نجد أن عناصر الكالسيوم (Ca) والأكسجين (O) والكربون (C) تظهر على جانبَي سهم التفاعل؛ ومن ثَمَّ، ينطبق مفهوم حفظ العناصر على هذا التفاعل. والخياران (ج) و(هـ) ينطبق عليهما أيضًا مفهوم حفظ العناصر؛ فالعناصر جميعها تظهر على يسار سهم التفاعل، وتظهر أيضًا على يمين سهم التفاعل. أما في الخيار (د) فيظهر عنصر الزنك (Zn) على يسار سهم التفاعل، ولكنه لا يظهر على يمين سهم التفاعل. علاوةً على ذلك، يظهر عنصر النحاس (Cu) على يمين سهم التفاعل، ولكنه لا يظهر على يسار سهم التفاعل. ومن ثَمَّ، فإن هذا التفاعل لا ينطبق عليه مفهوم حفظ العناصر، إذن الإجابة الصحيحة هي الخيار (د).

مثال ٣: تحديد العبارة غير الصحيحة عن تفاعل المغنيسيوم والأكسجين

يتفاعل المغنيسيوم مع الأكسجين بشكلٍ متفجِّر ليُكوِّن أكسيد المغنيسيوم طبقًا للمعادلة الآتية: 2Mg+O2MgO2

أيُّ الاختيارات الآتية غير صواب عن هذا التفاعل؟

  1. يحدث التفاعل طبقًا لمفهوم حفظ العناصر.
  2. يَصِف التفاعل تكوين مادة جديدة.
  3. أكسيد المغنيسيوم الناتج من التفاعل مركب.
  4. الأكسجين والمغنيسيوم المتفاعلان عنصران.
  5. لأكسيد المغنيسيوم خواص فيزيائية وكيميائية مماثلة لكلٍّ من الأكسجين والمغنيسيوم.

الحل

للإجابة عن هذا السؤال، علينا تحديد أيُّ عبارة لا تَصِف التفاعل بين المغنيسيوم والأكسجين وصفًا صحيحًا. بالنظر إلى معادلة التفاعل المُعطاة، يمكننا أن نلاحظ أن عنصرَي المغنيسيوم (Mg) والأكسجين (O) فقط يظهران على جانبَي سهم التفاعل. وهذا يعني أن التفاعل ينطبق عليه قانون حفظ العناصر، الذي ينص على أن ذرات العناصر لا تنشأ أو تُدمَّر خلال التفاعل الكيميائي. إذن الخيار (أ) صحيح.

يحدث التفاعل بين المغنيسيوم (Mg) والأكسجين (O2). والمغنيسيوم والأكسجين عنصران؛ مجموعة من الذرات تحتوي على عدد محدَّد ومتطابِق من البروتونات في نواها. إذن الخيار (د) صحيح.

ينتج عن هذا التفاعل مادة جديدة: أكسيد المغنيسيوم (MgO). وأكسيد المغنيسيوم مركب؛ مادة مكوَّنة من ذرات عنصرين أو أكثر متحدة كيميائيًّا. إذن الخياران (ب) و(ج) صحيحان.

المغنيسيوم فلز هش، وخفيف الوزن ذو لون أبيض فضي. أما الأكسجين فغاز عديم اللون والرائحة والمذاق. وأكسيد المغنيسيوم مسحوق أبيض اللون له درجة انصهار عالية. وعلى النقيض من المغنيسيوم والأكسجين، يُعَد أكسيد المغنيسيوم مادة مسترطبة يمكنها التفاعل مع الرطوبة في الهواء. ومثلما هو الحال مع جميع التفاعلات الكيميائية، لناتج التفاعل؛ أكسيد المغنيسيوم، تركيبٌ مختلفٌ وخواص مختلفة عن المتفاعلات؛ المغنيسيوم والأكسجين. ومن ثَمَّ، فإن العبارة الخطأ هي الخيار (هـ)، لأكسيد المغنيسيوم خواص فيزيائية وكيميائية مماثلة لكلٍّ من الأكسجين والمغنيسيوم.

يوضِّح المخطط الآتي حفظ عنصر النحاس خلال سلسلة من التحوُّلات.

على الرغم من عدم توضيح التفاعلات الكاملة في الشكل، يمكننا أن نلاحظ أن عنصر النحاس محافَظ عليه في جميع التفاعلات الأربعة.

في التفاعل الأول، وُضِعت قطعة من فلز النحاس في أنبوب اختبار. بعد ذلك أُضيفت كمية ضئيلة من حمض النيتريك المركَّز إلى أنبوب الاختبار. يتفاعل فلز النحاس مع حمض النيتريك المركَّز لتكوين أيونات Cu2+ على صورة نيترات نحاس. ويتغيَّر لون المحلول إلى اللون الأزرق بسبب وجود أيونات Cu2+.

والمعادلة الكيميائية للتحوُّل الموضَّح في التفاعل الأول كالآتي: Cu()+4HNO()Cu()+2NO()+2NO()+2HO()saqaqaqgl32+322

في التفاعل الثاني، تتفاعل أيونات Cu2+ مع محلول مائي من هيدروكسيد الصوديوم. ويمكن أن تكون أيونات Cu2+ في صورة نيترات النحاس Cu(NO)32، أو كبريتات النحاس CuSO4. عند تفاعل أيونات Cu2+ مع هيدروكسيد الصوديوم، ينتج راسب أزرق من هيدروكسيد النحاس الثنائي. يمكن استخلاص هيدروكسيد النحاس الثنائي من خلال ترشيح المحلول، تاركًا الراسب خلفه.

والمعادلة الكيميائية للتحوُّل الموضَّح في التفاعل الثاني كالآتي: Cu()+2NaOH()Cu(OH)()+2Na()2+2+aqaqsaq

وفي التفاعل الثالث، يُسخَّن أنبوب اختبار يحتوي على راسب هيدروكسيد النحاس الثنائي بعناية على موقد بنسن. وبعد تسخينه لفترة من الزمن، ينتج راسب أسود صلب من أكسيد النحاس الثنائي، وعند هذه النقطة يُرفَع أنبوب الاختبار من على اللهب.

والمعادلة الكيميائية للتحوُّل الموضَّح في التفاعل الثالث كالآتي: Cu(OH)()CuO()+HO()22ssl

وفي التفاعل الأخير، تُضاف كمية ضئيلة من أكسيد النحاس الثنائي الأسود إلى أنبوب اختبار مع كمية ضئيلة من مسحوق الكربون. بعد ذلك يُسخَّن أنبوب الاختبار بشدة حتى تنتج مادة ذات لون برتقالي مُحمَر، وهي فلز النحاس.

والمعادلة الكيميائية للتحوُّل الموضَّح في التفاعل الرابع كالآتي: 2CuO()+C()2Cu()+CO()sssg2

في التفاعل الأول، يمكننا ملاحظة أن عناصر النحاس (Cu) والهيدروجين (H) والنيتروجين (N) والأكسجين (O) تُحفَظ لأنها تظهر على جانبَي سهم التفاعل. وفي التفاعل الثاني، يمكننا ملاحظة أن عناصر النحاس (Cu) والصوديوم (Na) والأكسجين (O) والهيدروجين (H) محفوظة. ويمكننا أن نلاحظ أيضًا أن قانون حفظ العناصر ينطبق على التفاعلين الثالث والرابع.

مثال ٤: تحديد العنصر الناقص من معادلة كيميائية

باستخدام مفهوم حفظ العناصر، حدِّد العنصر الناقص في المعادلة الكيميائية الآتية: Mg+HSOSO+H2442

  1.  H
  2.  S
  3.  Mg
  4.  O
  5.  Na

الحل

خلال التفاعل الكيميائي، يجب حفظ ذرات جميع العناصر. وهذا يعني أن أي عناصر تكون ضمن المواد الابتدائية للتفاعل لا بد أن تكون ضمن نواتج التفاعل. في معادلة التفاعل المُعطاة، يمكننا رؤية عناصر المغنيسيوم (Mg) والهيدروجين (H) والكبريت (S) والأكسجين (O) على يسار سهم التفاعل. وعلى يمين سهم التفاعل، نلاحظ وجود عناصر الكبريت (S) والأكسجين (O) والهيدروجين (H). وبما أن أي عنصر يكون ضمن المواد الابتدائية للتفاعل (على يسار سهم التفاعل) لا بد أن يكون ضمن نواتج التفاعل (على يمين سهم التفاعل)، فإن العنصر الناقص هو الخيار (ج)؛ Mg.

عند إجراء تفاعل كيميائي، قد يبدو وكأن بعض العناصر تختفي خلال التفاعل. على سبيل المثال، الجازولين سائل يحتوي على مركب يُسمَّى الأوكتان (CH818). يتكوَّن الأوكتان من عنصرَي الكربون (C) والهيدروجين (H). عند حرق عيِّنة من الجازولين، قد يبدو الأمر وكأن الجازولين قد اختفى؛ لأنه لن تتبقَّى أي نواتج مرئية. لكن عندما يحترق الجازولين، يتفاعل غاز الأكسجين (O2) في الهواء مع الأوكتان. ويُعاد اتحاد الذرات لتكوين غاز ثاني أكسيد الكربون (CO2) وبخار الماء (HO2)، وهما غازان عديما اللون: 2CH()+25O()16CO()+18HO()818222lggg

ومن ثَمَّ، على الرغم من أنه قد يبدو لأعيننا أن الجازولين قد اختفى وأن العناصر قد دُمِّرت، فإنه في واقع الأمر، قد حُفِظت ذرات الكربون والهيدروجين والأكسجين، وأُعيد اتحادها لتكوين مركبين جديدين لا يمكن للعين المجردة رؤيتهما.

النقاط الرئيسية

  • العنصر مادة تتكوَّن من نوع واحد من الذرات، ولا يمكن أن تنقسم إلى أي شيء أبسط منها من خلال تفاعل كيميائي.
  • يمكن لذرات عنصرين أو أكثر أن تتحد كيميائيًّا لتكوين مركبات.
  • يمكن تحويل العناصر والمركبات إلى مركبات جديدة خلال التفاعل الكيميائي.
  • سيختلف تركيب المواد الجديدة المتكوِّنة خلال التفاعل الكيميائي وخواصها عن المواد الأصلية.
  • يجب أن تُحفَظ العناصر في التفاعل الكيميائي، وهذا يعني أن ذرات العناصر لا يمكن أن تنشأ أو تُدمَّر خلال التفاعل الكيميائي.

انضم إلى نجوى كلاسيز

شارك في الحصص المباشرة على نجوى كلاسيز وحقق التميز الدراسي بإرشاد وتوجيه من معلم خبير!

  • حصص تفاعلية
  • دردشة ورسائل
  • أسئلة امتحانات واقعية

تستخدم «نجوى» ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. اعرف المزيد عن سياسة الخصوصية